能自我修復上千次的復合材料面世

　　美國北卡羅來納州立大學科學家研發出一種新型自愈復合材料，可實現上千次自我修復，預計能使飛機機翼、風力渦輪葉片和航天器結構部件的壽命延長至數百年，遠超現有材料幾十年的設計周期。相關成果發表于新一期《美國國家科學院院刊》。

　　自愈復合材料結構示意圖——顯示纖維層、3D打印愈合劑夾層與嵌入式加熱層。圖片來源：美國北卡羅來納州立大學

　　目前廣泛使用的纖維增強聚合物（FRP）復合材料，因其輕質高強特性，被廣泛應用于飛機、汽車、風力發電機和航天器中。但這類材料長期面臨“層間分層”難題，即內部裂紋導致纖維層與樹脂基體分離，嚴重影響結構完整性。自20世紀30年代以來，這一問題始終制約著復合材料的耐久性，傳統FRP設計壽命通常僅為15年至40年。

　　新研發的自愈材料在傳統FRP基礎上進行了兩項關鍵創新：一是在纖維層間通過3D打印技術嵌入熱塑性愈合劑，使材料抗分層能力提升2至4倍；二是集成超薄碳基加熱層，通電后可迅速升溫，促使愈合劑熔化并流入裂縫，自動修復損傷，恢復原有性能。

　　為驗證新材料的長期穩定性，團隊構建了自動化測試系統，在40天內對材料連續實施1000次“破壞—修復”循環。每次實驗均人為制造50毫米長的分層裂紋，隨后觸發加熱自愈機制，并檢測修復后的承載能力。結果顯示，該材料在經歷千次循環后仍保持優異性能，抗斷裂能力顯著優于傳統復合材料，且韌性衰減極為緩慢，創下自愈次數的新紀錄。

　　團隊表示，在實際應用中，材料僅在遭遇冰雹、鳥撞等突發損傷或定期維護時才啟動修復程序。據此推算，此類部件理論上可持續使用達125年以上，甚至在500年內僅需修復4次即可維持功能穩定。

　　這項技術將大幅降低工業設備的維修成本與能源消耗，減少廢棄部件帶來的環境污染，對難以返修的航天器具有革命性意義。